光谱仪器公司的数字转换器和 AWG 是新仪器的核心部件
电子顺磁共振（EPR）或电子自旋共振（ESR）光谱与核磁共振（NMR）光谱类似，但研究的是未配对电子而非质子等原子核的性质。它用于化学、生物学、材料科学和物理学领域，研究金属复合物或有机基的电子结构。传统上，EPR 光谱需要重量超过一吨的大型电磁铁，因此通常位于地下室。位于美国波士顿附近的 Bridge12 公司推出了新一代 EPR 光谱仪，其成本约为现有仪器的一半，体积和重量仅为现有仪器的十分之一，因此可以放置在建筑物的任何楼层。该系统的核心是一对光谱仪器卡--用于产生脉冲的任意波形发生器（AWG）和用于捕捉返回信号的数字转换器。
图 1 - 更小、更轻、更具成本效益： Bridge 12 的 EPR 光谱仪为更多科学家提供了这项技术
Bridge12 Magnetic Resonance 副总裁 Thorsten Maly 说："作为一家新成立的公司，我们在设计 EPR 光谱仪时没有任何顾虑，这使我们能够利用最新技术制造出比现有产品更小巧的下一代产品。这将使更多的研究人员能够使用这种方法。我们的大多数客户都是大学研究人员，他们通过合作获得这种方法。拥有一台更便宜、更先进的仪器，可以让更多人使用这种强大的方法。我们的第三个目标是使它比目前需要经验丰富的操作员才能使用的设备更易于使用，这样任何科学家都可以使用它进行研究，从而使 EPR 光谱法得到更广泛的应用。我们的控制软件设计得直观易用，许多功能都是自动化的，因此设置简单明了，并能立即显示实验是否正常。您不必是 EPR 光谱专家也能获得结果"。
EPR 如何工作
EPR 光谱法可用于结构生物学的一个例子是确定自由基之间的距离，从而确定（膜）蛋白质的折叠形状。这有助于深入了解这些蛋白质如何与其他分子或蛋白质相互作用。具体方法是在蛋白质上附加两个自旋标签（标记），然后使用脉冲偶极光谱（脉冲 EPR 光谱的一种形式）测量它们之间的距离。自旋标签是专门设计的非反应性自由基分子，EPR 光谱仪可通过一连串微波脉冲激发自由基并检测其反应来进行检测。自旋之间的偶极耦合直接导致两个标记之间的距离。可将自旋标记对放在蛋白质的不同位置，以生成一组距离，用于确定蛋白质折叠方式的三维模型。
在 35 GHz Q 波段范围内工作
由于雷达技术和移动通信技术的进步，过去几十年来 EPR 光谱技术不断发展，这些技术创造了可用于制造 EPR 硬件的设备，而 EPR 硬件使用的微波技术需要越来越高的频率才能获得更好的分辨率。从历史上看，EPR 光谱仪的工作频率为 10 GHz（X 波段），但由于 5G 技术的发展，现在有了新的商用设备，可以工作在更高的频率上，如 35 GHz（Q 波段），这是此类应用更需要的频率。
根据实验要求，AWG 可产生 200 至 500 MHz 范围内的 10 - 100 ns 长脉冲，然后利用射频 I/Q 混频器将脉冲上变频至 X 波段范围，再上变频至 Q 波段范围。然后将微波脉冲送入 100 W 固态放大器，再送入 EPR 谐振器。然后，将反射信号下变频至 200 至 500 MHz 范围内的中频频率，并发送至数字转换器。在传统的 EPR 光谱分析中，信号会被降频为直流电，但这种新方法可大大降低噪音和伪影。
图 2 - 34 千兆赫的 AWG 产生的 WURST 脉冲
图 2 显示了现代 EPR 实验中使用的 AWG 生成脉冲类型的示例。WURST（宽带、均匀速率、平滑截断）脉冲是宽带微波脉冲，其激励带宽和轮廓远远超过简单的矩形脉冲。这样的脉冲可以在 EPR 光谱分析中实现宽带激励，并在很大程度上依赖于 AWG 的性能。
用更轻的磁铁产生强磁场
另一个因素是能够产生 1 到 1.5 特斯拉数量级的强磁场，这在传统上需要巨大而沉重的电磁铁。马利解释说："我们正在使用一种小得多的超导磁体来产生所需的磁场强度。在这项实验中，样品始终需要使用氦气冷却到低温，因此我们找到了一家无液态低温（干）磁铁供应商，它结构紧凑，可以产生 1.2 特斯拉的高磁场，但体积和重量却只有 130 千克左右。该仪器不使用液氦，而是使用冷头和氦压缩机，这实际上是一个在封闭循环中达到低温的冰箱。这一点至关重要，因为液氦越来越难获得"。
Maly 总结说："仕必纯的 5 年质保让我们非常放心，因为这些卡是我们 EPR 光谱仪的关键部件。仕必纯的技术支持在帮助我们安装设备方面也是一流的，因此我们知道，如果将来我们的客户出现任何问题，我们都可以信赖仕必纯。
Bridge12 Technologies 的新型 EPS 光谱仪现已上市，更多详情请访问 https://www.bridge12.com。
新闻资料袋可在NEWS网站上找到：https://spectrum-instrumentation.com/news/202404_next_generation_EPR_spe...
关于光谱仪器公司
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